大学物理

丹心献祖国深情致木铎

李致朋

2024, 43(10): 1.

摘要 ( 102 )

PDF (670KB) ( 109 )

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基于Pixie-Net数字化仪的β-γ符合测量实验

严周, 楼建玲, 张思洋, 张集智

2024, 43(10): 3. doi:10.16854/j.cnki.1000-0712.240068

摘要 ( 70 )

PDF (641KB) ( 53 )

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本实验尝试将Pixie-Net数字化仪用于β-γ符合测量实验，替代复杂的传统电子学仪器装置，简化实验操作.测量结果表明：使用Pixie-Net数字化仪测量得到的放射源活度与理论值误差小于5%，好于基于传统电子学的结果. 在β-γ符合测量实验中使用Pixie-Net数字化仪替代传统电子学仪器装置的方案切实可行.

妙哉狄拉克函数

杨师杰

2024, 43(10): 10. doi:10.16854 /j.cnki.1000-0712.240035

摘要 ( 122 )

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本文从狄拉克δ函数出发,证明了球谐函数的加法公式,将数学物理中常用的积分变换统一为一般的Y-变换,并由此推导出一组原创的积分变换及其逆变换.我们还利用狄拉克函数重新对量子力学薛定谔方程进行演绎,避免了外势场中粒子平面波的假设,并由量纲分析自然地得到了德布罗意关系,为初学者理解量子力学提供了新的视角.

基于SUSYQM的双曲 Pöschl-Teller超势的形状不变性及势代数研究

程魏, 罗光, 刘瑶

2024, 43(10): 13. doi:10.16854/j.cnki.1000-0712.240016

摘要 ( 46 )

PDF (662KB) ( 34 )

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双曲 Pöschl-Teller势是超对称量子力学中已知可解势中少数含有两个参数的势，且该势参数在满足形状不变性的条件下呈现出一种交错加性.本文探究了双参数交错加性对对应能级与波函数带来了怎样的变化.本文用超对称量子力学方法和势代数法精确求解了双曲Pschl-Teller势在双参数加性变化下对应的能量本征值和本征波函数.两种方法所求结果保持一致，相互对应，且参数的交错加性变化使得双曲 Pöschl-Teller势对应的能级与波函数产生了部分缺失.

高阶含时微扰对跃迁速率的修正

李海凤, 欧智敏, 张凯峰, 黄岩

2024, 43(10): 21. doi:10.16854 /j.cnki.1000-0712.230235

摘要 ( 61 )

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费米黄金规则被广泛用于物理、化学、生物等学科理论研究，尤其是量化计算领域．在传统量子力学书籍中，往往忽略微扰高阶修正项，给出低阶微扰近似的跃迁几率或者跃迁速率．对于多态系统，若一阶微扰为零，或费米黄金规则不再适用，面对这种复杂情况，需要超越费米黄金规则，考虑高阶含时微扰对跃迁速率的影响是非常必要的．本文基于含时微扰理论，考虑常微扰与周期性含时微扰两种情况下推导高阶修正项对于跃迁速率的影响．结果发现当考虑高阶微扰近似时，初末态之间满足一定条件的中间态会对跃迁速率产生影响，这样的结果将更全面地体现实际的量子跃迁过程．

非质心系的角动量定理

韩卫华, 刘青芳, 王建波, 王丽

2024, 43(10): 26. doi:10.16854/j.cnki.1000-0712.230443

摘要 ( 97 )

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选择适当的参考点在解决刚体运动问题中至关重要, 能有效简化问题处理. 相对于质心转轴, 非质心系提供更为灵活的视角. 本文通过推导非质心系的角动量定理, 以小球碰撞自由杆模型为例, 展示了其在实际问题中的应用. 本文为读者提供了处理刚体运动问题的新思路, 特别是在复杂情境下更为直观.

阴极半径影响磁控法测量电子荷质比的理论研究

苏亚凤, 陈贺胜, 张俊武, 张沛

2024, 43(10): 30. doi:10.16854/j.cnki.1000-0712.230417

摘要 ( 57 )

PDF (537KB) ( 41 )

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分析了磁控法测量电子荷质比实验中电子的动力学方程，给出了磁控法测量电子荷质比的理论计算公式；并利用动力学方程模拟计算了电子的运动轨迹，计算表明：在阴极半径不为零的情况下，电子运动呈现为旋转的多个心形线的交错曲线这一类周期运动．利用模拟计算，验证了我们所得到的理论公式与动力学方程模拟的实验结果基本一致，从而验证了所给出的理论公式是正确的，且具有普适性．

巨正则系综处理孤立理想量子系统时的误差展示

胡健, 周池春, 顾昀, 陈玉柱

2024, 43(10): 36. doi:10.16854 /j.cnki.1000-0712.230048

摘要 ( 54 )

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巨正则系综方法是量子统计的重要方法.巨正则系综方法通常用来处理开放系统. 巨正则系综方法也常被用作处理孤立系统的近似方法：它使用系综平均粒子数和平均能量近似系统精确粒子数和能量. 相较于正则和微正则系综方法，巨正则系综方法能够较为容易的处理全同粒子；作为代价，巨正则系综方法会带来误差. 现有结果仅在粒子数趋于无穷时对系统的宏观量的涨落误差有近似的估计. 这种误差是用巨正则系综的粒子数分布近似模拟微正则系综的粒子数分布造成的. 这个工作中，我们构造了一个可以数值精确求解的孤立系统，并给出微正则系综粒子数分布的精确解和巨正则系综粒子数分布的近似解之间的差别. 结果显示：在粒子数很小时，误差较为明显；基态粒子数分布误差要大于激发态；玻色系统的误差要大于费米系统的误差.

自由空间中平面电磁波的电场和磁场总是同相位吗？

肖传云, 刘玉真

2024, 43(10): 39. doi:10.16854/j.cnki.1000-0712.240070

摘要 ( 69 )

PDF (471KB) ( 70 )

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几乎所有的教材，不论是中文教材还是英文教材，不论是《大学物理》《电磁学》还是《电动力学》，都认为自由空间中平面电磁波的电场与磁场总是同相位的. 本文从麦克斯韦方程组出发，证明上述结论实际上并不总是正确的. 一般情况下，只能说自由空间中平面电磁波的电场与磁场是“同步”的，可以同相位，也可以反相位，取决于坐标系的选择.

半导体物理中各类接触的能带弯曲统一判断方法

宋建军, 唐艾兰, 刘伟峰

2024, 43(10): 44. doi:10.16854/j.cnki.1000-0712.230473

摘要 ( 92 )

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半导体物理课程中PN结、金半接触与MIS结构为常见的几种接触情况，但学生在学习这些接触类型时，常常难以将这几种不同的接触类型做同质化的统一对比分析，不能形成统一的知识体系，造成了理解上的混乱．本文提出一种适用于各类接触情况的能带弯曲统一判断方法，从内建电场的建立会影响载流子的电势能从而产生能带弯曲的角度，为各类接触的能带弯曲提供了统一说法，并从能带中载流子流动的微观角度解释内建电场的形成．此判断方法可帮助学生梳理半导体物理各类接触的知识，从而在能带分析学习中达到举一反三的效果．

物理学中无处不在的“反抗”

靳奉涛, 高城, 王小伟, 戴佳钰

2024, 43(10): 50. doi:10.16854/j.cnki.1000-0712.230459

摘要 ( 68 )

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在物理学的学习中，在很多定律和现象中都能发现“反抗”这个关键词.“反抗”无处不在的根本原因，在于任何事物都是由正反两方面构成的矛盾统一体，事物稳定的状态是“矛”和“盾”平衡的结果，当平衡被打破时，矛盾就显现出来，其结果是抵抗状态变化的趋势，能量、动量或物质就在抵抗过程中发生转移．明白了这个普遍的道理，不仅能使学习更有效率和乐趣，也能体会到物理学的美妙和深刻含义．

超导量子干涉仪实验数据测量系统

白质明, 丰儒, 李健, 李硕

2024, 43(10): 58. doi:10.16854 /j.cnki.1000-0712.230476

摘要 ( 53 )

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针对目前SQUID超导量子实验对低噪声以及微弱信号测量精度、灵敏度、采集速度等的需求，本文基于单片机STM32H750核心板和AD8429放大器，制作了一款SQUID实验数据测量系统. 由单片机实测曲线图，经过处理分析得出超导量子信号RMS噪声值为2.009 μV，与理论极限噪声值比较接近. 系统还测得了环形液滴约瑟夫森结干涉效应曲线，其周期整齐均等，且峰-峰值基本一致. 实验表明该系统具有一定的稳定性和准确性，可为研发大学物理SQUID演示仪奠定基础.

产出导向下电磁场与波教学的探讨——以静电场为例

张小林

2024, 43(10): 63. doi:10.16854/j.cnki.1000-0712.230406

摘要 ( 50 )

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本文在“学生为中心、产出为导向”理念下指导，对电磁场与波课程的教学进行了探讨. 通过有核心、分层次地重构知识体系，达到使知识多而不乱、方向清晰的效果. 采用故事性的导引，使抽象知识有具体依托，避免了突兀枯燥，引发好奇和思考. 通过用结构图提炼知识逻辑，引导学习技能，结合工程案例讲授理论知识，使理论融入实践，在解决实际问题中产生获得感. 利用渐进式有梯度的案例分解复杂性，增强信心. 通过课程网络课堂继续培养学生潜质，比较好地从学生角度考虑教学，学生参与度高，有收获感，激发了潜质.

理工科大学生物理实验学习观念的调查研究

黄乐恒, 郑博为, 范兵, 肖洋, 谢翠婷, 熊建文, 吴先球

2024, 43(10): 67. doi:10.16854/j.cnki.1000-0712.230475

摘要 ( 53 )

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为揭示理工大学生的物理实验学习观念，本文以华南师范大学的理工科大学生为研究对象，进行了访谈和调查.对访谈资料进行现象图析学分析，初步揭示了“记忆”、“菜谱式操作”等十一类逐渐精致的物理实验学习观念. 对问卷调查的探索性因素分析，进一步验证了其中九类学习观念. 理工科大学生的物理实验学习观念构成一个有层次的结果空间，从低到高分别反映了学科知识取向、学科过程取向和学科本质取向. 物理学专业学生更认同物理实验学习是“菜谱式操作”、“掌握技能和体验”和对理论学习的“验证”. 未来高等院校物理实验课程教学应进一步协调理论与实验课程，并突出实验独特的育人功能.

颗粒物质中棒体的抗拔擦力

梅利欢, 唐晨冉, 王颍, 刘淼, 葛坚坚

2024, 43(10): 74. doi:10.16854/j.cnki.1000-712.230425

摘要 ( 53 )

PDF (467KB) ( 41 )

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颗粒介质广泛存在于自然界和工程领域，研究其抗拔摩擦力对于优化工程结构设计、确保工程安全具有重要价值. 本文系统地探究颗粒介质中棒体受抗拔摩擦力与填埋深度、棒径的规律，并利用Janssen模型对实验结果进行模拟，理论模拟与实验测量符合得较好.

基于Arduino的冰导热系数智能测量装置及影响因素研究

胡成立, 赵天驰, 刘馥瑶

2024, 43(10): 78. doi:10.16854/j.cnki.1000-0712.230469

摘要 ( 59 )

PDF (874KB) ( 41 )

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基于稳态平板法，根据冰容易因为温度过高而融化的特性，本团队确立了采用冷传导测量导热系数的实验方案.通过COMSOL软件计算模拟，研究了隔热层以及冰样品的形状和厚度对冰的导热系数测量的影响.通过CATIA软件设计了实验装置结构.本团队成功地制作了基于Arduino的冰导热系数智能测量装置，测量了纯冰的导热系数，研究了不同质量百分比浓度NaCl食盐和白砂糖等杂质以及杂质冰的厚度对导热系数的影响.

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